Désinfection des eaux par procédés membranaires : étude des mécanismes de transfert des bactéries

Water disinfection by membrane processes : study of bacterial transfer mechanisms

• Auteur / Autrice : Nathalie Lebleu
• Direction : Christel Causserand, Christine Roques
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés de l’environnement
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Toxines bactériennes

Membranes (technologie)

Adsorption

Eau -- Épuration -- Filtration

Mots clés libres

Eau potable

Filtration membranaire

Sélectivité

Bactérie

Déformation

Potable water

Membrane filtration

Selectivity

Bacteria

Deformation

Résumé

Dans le cadre de la production d'eau potable, les procédés membranaires, qui éliminent les microorganismes de l'eau brute par rétention sur une barrière physique sélective, apparaissent comme des procédés alternatifs ou complémentaires des techniques conventionnelles de désinfection. Cependant, la structure poreuse des membranes de filtration peut présenter des imperfections susceptibles de permettre le passage de bactéries. L'impact de ces défauts sur la rétention bactérienne dépend notamment des caractéristiques géométriques de ceux-ci. A savoir que tant que la peau sélective de la membrane n'est pas altérée dans toute son épaisseur, la membrane conserve une efficacité identique à celle d'une membrane intègre. Quant au support macroporeux, il participe également à la rétention et limite le transfert de bactéries jusqu'au perméat. Par ailleurs, lorsque le diamètre des défauts est proche des dimensions des bactéries filtrées, les mécanismes de sélectivité basés sur l'exclusion par la taille sont mis en défaut du fait de l'aptitude à la déformation de ces microorganismes. Cette déformabilité est gouvernée par les caractéristiques structurales de la paroi bactérienne (épaisseur et élasticité de la couche de peptidoglycane), ce qui conduit à une différence de comportement en filtration entre les bactéries à Gram positif et à Gram négatif. Ainsi, les bactéries à Gram positif qui possèdent une couche de peptidoglycane plus épaisse s'avèrent moins déformables et donc mieux retenues que les bactéries à Gram négatif. Sur la base de ces mécanismes, une méthode de caractérisation des membranes dont le champ d'application en terme de diamètre de pores ou de défauts recouvre la gamme de 0,05 à 1,2 µm a été proposée.

In the context of potable water production, membrane processes, which eliminate microorganisms from the raw water by retention upon a selective physical barrier, appear as alternative or complementary processes to the standard disinfection practices. However, the porous structure of filtration membranes can present imperfections likely to allow bacteria to pass through. The impact of such defects upon bacterial rejection depends on their geometrical characteristics. Namely, as long as the selective skin is not altered through its whole thickness, the altered membrane keeps a retention efficiency equivalent to the one of an uncompromised membrane. As for the macroporous support, it is also involved in the rejection and limits the bacterial transfer to the permeate. Moreover, when the defect diameter is close to the filtered bacteria size, selectivity mechanisms based on size exclusion are disrupted due to the deformation capabilities of those microorganisms. This deformability is governed by the structural characteristics of the bacterial cell-wall (peptidoglycan layer thickness and elasticity), which leads to different behaviour in filtration between Gram-positive and Gram-negative bacteria. So, Gram-positive bacteria which have a thicker peptidoglycan layer are less deformable and thus better retained than Gram-negative bacteria. Based on these mechanisms, a membrane charactrization method, the scope of which in terms of pore or defect diameter ranges from 0. 05 to1. 2 µm, was proposed.